周學(xué)興 楊霄

一、高考背景

電化學(xué)在生活、生產(chǎn)、理論研究中應(yīng)用極其廣泛，在試題素材選取時(shí)，主要有電源、制備產(chǎn)品、治理污染、分離提純等方向。

研究好高考真題對(duì)電化學(xué)內(nèi)容尤其是選擇題的考查情況，有利于提高復(fù)習(xí)和解題效率。近六年，全國(guó)卷和部分省市命題中電化學(xué)的考查情況，見(jiàn)表1。

二、解題策略

分析電化學(xué)習(xí)題的基本思路，先判斷是電解池還是原電池（可充電），然后確定電極屬性（正負(fù)陰陽(yáng)極），最后通過(guò)電極反應(yīng)式和離子、電子、電流遷移等“動(dòng)”態(tài)知識(shí)分析解決選項(xiàng)或填空的設(shè)問(wèn)?？珊?jiǎn)化為“池、極、動(dòng)”，模型，見(jiàn)圖1。

例1 （2021湖南化學(xué)10）鋅溴液流電池是一種先進(jìn)的水溶液電解質(zhì)電池，廣泛應(yīng)用于再生能源儲(chǔ)能和智能電網(wǎng)的備用電源等。三單體串聯(lián)鋅溴液流電池工作原理如圖2所示。

下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（

）。

A.放電時(shí)，N極為正極

B.放電時(shí).左側(cè)貯液器中ZnBr2的濃度不斷減小

C.充電時(shí)，M極的電極反應(yīng)式為：

D.隔膜允許陽(yáng)離子通過(guò)，也允許陰離子通過(guò)

分析池：可充電電池;通過(guò)選項(xiàng)C可確定該電池屬于可充電電池。

極：放電時(shí)，M為負(fù)極，Ⅳ為正極;充電時(shí)，M為陰極，N為陽(yáng)極。可知A項(xiàng)正確。

動(dòng)：M為負(fù)極，發(fā)生電極反應(yīng)Zn - 2e -一2n2+，正極反應(yīng)為Br2+2e - =2Br -，2n2+、Br-進(jìn)入貯液器，B項(xiàng)錯(cuò)誤。充電時(shí).M極為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)：2n2++ 2e - -Zn，C項(xiàng)正確;Br2具有強(qiáng)氧化性，與Zn直接接觸而發(fā)生反應(yīng)Zn+ Br2=ZnBr2，應(yīng)利用合適孑L徑大小的隔膜防止Br：接觸Zn.致使自放電，2n2+和Br-并不存在相互影響，故隔膜允許陰、陽(yáng)離子通過(guò)，而不允許Br，通過(guò)。

答案：B

點(diǎn)評(píng)注意本題圖示是立體圖示，實(shí)箭頭表示走向右側(cè)貯液器。

為了更好地利用該解題模型，學(xué)生應(yīng)儲(chǔ)備以下必備知識(shí)：極的判斷、電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)、微粒移動(dòng)方向、溶液pH變化;關(guān)注溶液中H+、OH-、H2O的變化：溶液質(zhì)量變化：離開(kāi)、進(jìn)入溶液的物質(zhì)的量、溶液環(huán)境的判斷、能量轉(zhuǎn)化、膜在電化學(xué)中應(yīng)用。

變式1 （2019.全國(guó)卷I.題12）利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成，電池工作時(shí)MV2 /MV+在電極與酶之間傳遞電子，示意圖如圖4所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（

、

A.相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨，該方法條件溫和，同時(shí)還可提供電能

B.陰極區(qū)，在氫化酶作用下發(fā)生反應(yīng)

H2 +2MV2+_2H++ 2MV+

C.正極區(qū)，固氮酶為催化劑，N2發(fā)生還原反應(yīng)生成NH3

D.電池工作時(shí)質(zhì)子通過(guò)交換膜由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動(dòng)

分析池：生物燃料（酶催化）原電池。相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨，該方法選用酶作催化劑，條件溫和，同時(shí)利用MV+和MV2+的相互轉(zhuǎn)化，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，故可提供電能，A項(xiàng)正確;

極：通過(guò)物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系，判斷左側(cè)為負(fù)極，右側(cè)為正極。

動(dòng)：氫化酶所處區(qū)域應(yīng)為負(fù)極區(qū)，也可稱(chēng)為陽(yáng)極區(qū)，且氫化酶加快了電極反應(yīng)式為MV+ -e一=MV2的進(jìn)行，B項(xiàng)錯(cuò)誤;正極區(qū)，N2被還原為NH3，C項(xiàng)正確;原電池中質(zhì)子由負(fù)極向正極方向遷移.D項(xiàng)正確。

答案：B

點(diǎn)評(píng)原電池中發(fā)生氧化反應(yīng)的一極為陽(yáng)極，發(fā)生還原反應(yīng)的一極為陰極。氫化酶一極為負(fù)極區(qū)即陽(yáng)極區(qū)，且發(fā)生了電極反應(yīng)和氫化酶作用下的氧化還原反應(yīng)。

2.電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)

電極反應(yīng)是電化學(xué)的基本內(nèi)含，書(shū)寫(xiě)好電極反應(yīng)式能夠迅速分析解決實(shí)際問(wèn)題。書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式的基本模型如下：

（1）記憶法

常見(jiàn)的原電池、電解池中，較為簡(jiǎn)單的電極反應(yīng)式，可以直接熟記。比如常見(jiàn)金屬單質(zhì)在原電池中放電一般較為簡(jiǎn)單。但是高考題中，也常常出現(xiàn)陌生物質(zhì)，需要采用步驟法。

（2）步驟法

①通過(guò)信息，獲取反應(yīng)物與產(chǎn)物之間的變化：書(shū)寫(xiě)“反應(yīng)物一產(chǎn)物”

②標(biāo)注化合價(jià)變化數(shù)，構(gòu)建基本模板“反應(yīng)物±ne一一產(chǎn)物”

③結(jié)合環(huán)境、電荷守恒補(bǔ)充物質(zhì)

常見(jiàn)電解質(zhì)環(huán)境：酸堿溶液環(huán)境（氫離子或氫氧根配電荷）、熔融氧化物環(huán)境（用O2-配平電荷），碳酸鹽環(huán)境（碳酸根配電荷）、其他特殊環(huán)境具體分析。

（3）總反應(yīng)式法

兩極的電極反應(yīng)式，進(jìn)行加和可得總反應(yīng)式。反之利用總反應(yīng)式減去較簡(jiǎn)單一極電極反應(yīng)式即可書(shū)寫(xiě)出目標(biāo)電極反應(yīng)式。

書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式過(guò)程中離不開(kāi)元素化合價(jià)的確立，尤其是化學(xué)式中含有字母時(shí)，有以下思路解決：

溫馨提示 H2O的變化，主要是可能引起溶液體積的變化，若是題干“保持體積不變”，則無(wú)需考慮H2O的變化。

變式2 [2021湖南適應(yīng)性試題16（6）] NiSO4在強(qiáng)堿溶液中被NaCIO氧化可得NiOOH，該物質(zhì)能用作堿性鎳鎘電池的正極材料。其電池反應(yīng)式：

溫馨提示 注意外加物質(zhì)進(jìn)入溶液或離子穿膜進(jìn)入溶液使得溶液質(zhì)量增加，氣體離開(kāi)溶液和離子離開(kāi)某區(qū)質(zhì)量減少。

變式3（2021廣東卷16）鈷（ Co）的合金材料廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械制造等領(lǐng)域。圖8為水溶液中電解制備金屬鈷的裝置示意圖。下列說(shuō)法正確的是（

）。

A.工作時(shí)，I室和Ⅱ室溶液的pH均增大

B.生成1 mol Co，I室溶液質(zhì)量理論上減少16 G

C.移除兩交換膜后，石墨電極上發(fā)生的反應(yīng)不變

D.電解總反應(yīng)：D項(xiàng)正確。

答案：D

其中“膜”參與的計(jì)算：穿過(guò)隔膜的離子所帶電荷與外電路的轉(zhuǎn)移電子數(shù)相同。即轉(zhuǎn)移l mol電子，假如是H+穿膜的話就是l mol穿膜，若是鈣離子則是0.5 mol。

變式4 （2020全國(guó)卷I題12）科學(xué)家近年發(fā)明了一種新型Zn - CO，的水介質(zhì)電池。電池示意如圖10所示，電極為金屬鋅和選擇性催化材料。放電時(shí)溫室氣體CO，被轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)氫物質(zhì)甲酸等，為解決環(huán)境和能源問(wèn)題提供了一種新途徑。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（

）。

點(diǎn)評(píng)本題解題的關(guān)鍵在于，關(guān)注圖示中物質(zhì)變化。尤其充電與放電時(shí)，正極處物質(zhì)變化的特殊性。雙極膜：雙極性電滲析（ EDMB）雙極膜是一種新型離子交換復(fù)合膜，它一般由陰離子交換樹(shù)脂層和陽(yáng)離子交換樹(shù)脂層及中間界面親水層組成，從膜外滲透人膜間的水分子即刻被解離成H+和OH-，并定向向兩側(cè)移動(dòng)，作為H+和OH -供應(yīng)源。

不難發(fā)現(xiàn)，通過(guò)“池一極一動(dòng)”三字要訣，可清晰高效率地突破電化學(xué)的各類(lèi)設(shè)問(wèn)。這需要有扎實(shí)的基礎(chǔ)，比如池、極是先決條件，這個(gè)判斷錯(cuò)誤，后續(xù)就沒(méi)有機(jī)會(huì)。囿于篇幅，筆者優(yōu)先對(duì)重點(diǎn)考查內(nèi)容進(jìn)行了例舉分析，以期為廣大學(xué)生提供解題方向。

（收稿日期：2021 - 12 - 27）